4.3 液压变桨距系统

液压变桨距执行机构是利用液压缸作为原动机，通过偏心块推动桨叶旋转，具有响应速度快、扭矩大、稳定可靠等特点。由于液压系统出力大，变桨距机构可以做得很紧凑。液压变桨距系统工作原理如图4-12所示。

图4-12 液压变桨距系统工作原理图

液压变桨距机构有两种方案：①通过安装在轮毂内的三个液压缸分别驱动三个叶片（独立变桨）；②液压站和液压缸放在机舱内，通过一套曲柄连杆机构同步推动三个桨叶旋转（统一变桨）。液压驱动变桨距系统主要由推动杆、支撑杆、导套、防转装置、同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘、桨叶法兰等部件组成，其机构如图4-13所示。各部分作用如下：

图4-13 液压驱动变桨距结构图

（1）推动杆传递动力，把机舱内液压缸的推力传递到同步盘上。

（2）支撑杆是推动杆轮毂端径向支撑部件。

（3）导套与支撑杆形成轴向运动副，限制支撑杆的径向运动。

（4）同步盘把推动杆的轴向力进行分解，形成推动三片桨叶转动的动力。

（5）防转装置防止同步盘在轴向分力作用下转动，使其与轮毂同步转动。

（6）同步盘、短转轴、连杆、长转轴和偏心盘组成曲柄滑块机构，将推动杆的直线运动转变成偏心盘的圆周运动。

该机构的工作过程：控制系统根据当前风速，以一定的算法给出桨叶的桨距角信号→液压系统根据控制指令驱动液压缸→液压缸带动推动杆、同步盘运动→同步盘通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动→偏心盘带动桨叶进行变桨距。

液压驱动变桨距系统具有结构简单、操作方便的特点，在额定风速下，能提高风能利用率，获得优质的电能输出，保证机组的安全、可靠的运行。

4.3.1 统一液压变桨

统一液压变桨是液压站和液压缸放在机舱内，通过一套曲柄滑块机构由同步盘推动每个叶片旋转。这种结构电气布线会很容易，降低了风轮重量和轮毂制造难度，维护也很容易，但要求传动机构的强度、刚度较高。图4-14为统一液压变桨距执行机构示意图。

图4-14 统一液压变桨距执行机构示意图

4.3.2 独立液压变桨

独立液压变桨是通过安装在轮毂内的三个液压缸、三套曲柄滑块机构分别驱动每个叶片。这种方案变桨距力矩很大，但液压系统复杂，而且三个液压缸的控制也较难，同样存在电气布线困难、增加风轮重量和轮毂制造的难度、维护不便等问题。

图4-15 独立液压变桨距执行机构图

1—轮毂壳；2—偏心块；3—活塞杆；4—桨叶；5—回转支撑；6—油缸；7—油缸座；8—阀块；9—内压板

国外先进风力发电机组一般都采用独立液压变桨执行机构的方式，如图4-15 所示。桨叶由油缸驱动，油缸安装于轮毂内，液压油通过液压滑环进入轮毂。该机构的工作过程：主控系统根据检测到的功率，以一定的算法给出桨距角参考信号，通过电滑环送给轮毂控制器；轮毂控制器根据主控指令驱动伺服比例阀使油缸活塞杆达到指定位置；偏心块将液压缸活塞杆的直线运动转变成使桨叶旋转的圆周运动，从而实现对桨距角的控制。由于风电机组的每个桨叶都有一套独立的液压伺服系统驱动，一个桨叶出现故障时，其他两个桨叶仍能正常工作，增加了系统的安全性。这种执行机构尤其适用于大型风力发电机组，独立液压变桨距执行机构实物图如图4-16所示。

图4-16 独立液压变桨距执行机构实物图